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Espacio vectorial que se puede hacer en un espacio de Banach, pero no un espacio de Hilbert

¿Hay alguna (real o complejo) espacios vectoriales que se puede hacer en un espacio de Banach dado un adecuado norma, pero no se puede dar una norma que hace que sea un espacio de Hilbert?

Sé que el paralelogramo de la ley nos dice que si una norma proviene de un producto interior, y no puedo pensar en espacios que no tienen la norma de lo que es un espacio de Banach (por ejemplo, espacios de countably dimensión infinita). Pero no puedo venir para arriba con un ejemplo de un espacio que tiene una norma de lo que es un espacio de Banach, pero con ninguna norma de lo que es un espacio de Hilbert.

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Ralph Shillington Puntos 156

No. Tenemos el siguiente resultado.

La proposición. Deje $X$ ser real o complejo espacio vectorial. A continuación, $X$ pueden ser equipadas con un completo norma si y sólo si existe un centro de producto en $X$ cuyo correspondiente norma es completa.

Para un espacio topológico $X$, denotan por $d(X)$ la densidad de $X$, es decir, la cardinalidad mínima de un denso conjunto en $X$. Se denota la cardinalidad del continuo por $\mathfrak{c}$. Ciertamente, $\mathfrak{c}=\mathfrak{c}^{\aleph_0}$, lo que vamos a necesitar.

Prueba. Es suficiente para demostrar la implicación $(\Rightarrow$). Deje $X$ ser un espacio de Banach. Sin pérdida de generalidad $X$ podemos suponer que $X$ es de dimensiones infinitas. Podemos dividir la prueba en dos casos.

Caso donde $d(X)\leqslant \mathfrak{c}$.

Sabemos que la cardinalidad $b(X)$ de cualquier Hamel base de un infinito-dimensional espacio de Banach es, al menos, $\mathfrak{c}$ . Por lo tanto,

$$\mathfrak{c}\leqslant b(X)\leqslant |X|\leqslant d(X)^{\aleph_0}\leqslant \mathfrak{c}^{\aleph_0}=\mathfrak{c},$$

que los rendimientos de $b(X)=\mathfrak{c}$[a]. Esto significa que $X$ es isomorfo como un vector en el espacio a la (separable!) El espacio de Hilbert $\ell_2$, de manera que uno puede utilizar cualquier algebraicas isomorfismo entre el $X$ $\ell_2$ a definir un conjunto completo, interior-norma de producto en $X$.

Caso donde $d(X)> \mathfrak{c}$.

Para espacios de Banach $X$$d(X)> \mathfrak{c}$, la cardinalidad de a $X$ es lo mismo que $b(X)$. Entonces tenemos $$b(X)=|X|=|\ell_2(d(X))|=b(\ell_2(d(X))),$$ so one may use any algebraic isomorphism between $X$ and the Hilbert space $\ell_2(d(X))$ to define a complete, inner-product norm on $X$. $\square$


[a]: en Realidad se tiene la igualdad de $|X|=d(X)^{\aleph_0}$ por cada infinito-dimensional espacio de Banach, pero no necesitamos aquí.

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